(57)【要約】【課題】ガスが飽和した状態の液体を基板の処理時に瞬時に加熱して微小気泡の脱離と破壊を行うことで、簡単な構成でありながら微小気泡を有効に利用して基板の処理を確実に行うことができる基板処理装置および基板処理方法を提供する。【解決手段】基板Ｗに対して微小気泡を含む液体Ｌを供給して基板Ｗを処理する基板処理装置１は、気体と液体から前記微小気泡を含む液体を生成する微小気泡生成部１０と、微小気泡を含む液体Ｌを基板に吐出すノズル１５と、ノズル１５から吐出された微小気泡を含む液体Ｌを加温する加熱手段５０と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対して微小気泡を含む液体を供給して基板を処理する基板処理装置であって、
気体と液体から前記微小気泡を含む液体を生成する微小気泡生成部と、
前記微小気泡を含む液体を前記基板に吐出すノズルと、
前記ノズルから吐出された前記微小気泡を含む液体の温度を上げる加熱手段と、
を備えることを特徴とする基板処理装置。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記ノズルから吐出された前記微小気泡を含む液体に対して過熱水蒸気または温水を供給することを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記加熱手段は、前記基板を加熱することで前記ノズルから前記基板に吐出された前記微小気泡を含む液体の温度を上げるヒータであることを特徴とする請求項１記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記微小気泡を含む液体は、ナノバブルを含み、飽和状態までガス溶解されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の基板処理装置。
【請求項５】
基板に対して微小気泡を含む液体を供給して基板を処理する基板処理方法であって、
微小気泡生成部は、気体と液体から前記微小気泡を含む液体を生成し、
ノズルから前記微小気泡を含む液体を前記基板に吐出す際に、加熱手段が前記微小気泡を含む液体の温度を上げることを特徴とする基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置および基板処理方法に関し、特に例えば液晶パネル基板や半導体基板等の洗浄や表面活性化処理の際に液体中のナノバブルのような微小気泡を有効に用いることができる基板処理装置および基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一例として、基板処理装置は、液晶パネルや半導体基板の製造工程において液晶パネルや半導体基板に対して純水や薬液等の液体を供給して処理を行う。この種の基板処理装置では、基板に付着したパーティクルを除去する必要がある。
【０００３】
基板処理装置の基板のパーティクルを除去するために、特許文献１では、基板処理装置に対してマイクロバブル発生部を接続して、マイクロバブル発生部からマイクロバブルを含む純水を処理槽内の基板に供給することが提案されている。
【０００４】
このマイクロバブル発生部の構造は、特許文献１の図９に記載されており、マイクロバブル発生部は、ケーシングの中に送水管と、この送水管を取り囲む送気路とを形成した構造になっている。送気路は窒素ガス供給部と真空ポンプに接続されており、送気路を流れる窒素ガスの圧力は、真空ポンプの作動により調整してケーシング内を加減圧できる。これにより、ケーシング内を減圧した場合には、送水管を流れる純水から余分な気体が過飽和となって析出し、その気体は中空子分離膜を通って送気路へ流出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６―１７９７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載されているマイクロバブル発生部の構造では、送気路内は真空ポンプに接続する必要があり、送気路内を流れる窒素ガスの圧力を調整しなければならない。しかも、窒素ガス供給側と窒素ガスを排出する側のそれぞれに圧力調整用のレギュレータが必要である。このため、マイクロバブル発生部の構造が複雑である。真空ポンプによる圧力の調整を正確に行わないと、マイクロバブルを含む純水を確実に供給できない恐れもある。
【０００７】
一方、本発明者は、微小気泡の一例であるナノバブルについて研究を進めているなかで、ナノバブル生成過程においてガスが液体中に飽和濃度まで溶解することが判明している。本発明者は、バブル生成過程の時間経過に伴いナノバブルは液体中から脱離を起こすと考えている。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガスが飽和した状態の液体を基板の処理時に瞬時に加熱して微小気泡の脱離と破壊を行うことで、簡単な構成でありながら微小気泡を有効に利用して基板の処理を確実に行うことができる基板処理装置および基板処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の基板処理装置は、基板に対して微小気泡を含む液体を供給して基板を処理する基板処理装置であって、気体と液体から前記微小気泡を含む液体を生成する微小気泡生成部と、前記微小気泡を含む液体を前記基板に吐出すノズルと、前記ノズルから吐出された前記微小気泡を含む液体の温度を上げる加熱手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の基板処理方法は、基板に対して微小気泡を含む液体を供給して基板を処理する基板処理方法であって、微小気泡生成部は、気体と液体から前記微小気泡を含む液体を生成し、ノズルから前記微小気泡を含む液体を前記基板に吐出す際に、加熱手段が前記微小気泡を含む液体の温度を上げることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ガスが飽和した状態の液体を基板の処理時に瞬時に加熱して微小気泡の脱離と破壊を行うことで、簡単な構成でありながら微小気泡を有効に利用して基板の処理を確実に行うことができる基板処理装置および基板処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の基板処理装置の好ましい実施の形態を示す図である。
【図２】図１に示す基板処理装置の処理ユニットの構成例を示す図である。
【図３】図２に示す加熱手段を拡大して示す図である。
【図４】本発明の別の実施の形態を示す図である。
【図５】本発明の別の実施の形態を示す図である。
【図６】気体の溶解度が温度により変化する例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の基板処理装置の好ましい実施の形態を示している。
【００１５】
図１に示す基板処理装置１は、カセットステーション２と、ロボット３と、複数の処理ユニット４，４を備えている。
【００１６】
基板処理装置１は、枚葉式の基板処理を行う装置であり、カセットステーション２は、複数のカセット５，５を有しており、各カセット５は複数枚の基板Ｗを収容している。基板としては、例えば半導体ウェーハ基板である。
【００１７】
ロボット３は、カセットステーション２と複数の処理ユニット４，４の間に配置されている。ロボット３は、各カセット５に収容されている基板Ｗを処理ユニット４側に搬送する。また、ロボット３は、処理ユニット４側の処理後の基板Ｗを、別のカセット５に搬送して戻す。各処理ユニット４は、基板Ｗを保持して回転させて、微小気泡を含む液体を供給することにより、例えば基板Ｗの表面を洗浄処理する。
【００１８】
図２は、図１に示す基板処理装置１の処理ユニット４の構成例を示している。
【００１９】
図２に示す枚葉式の処理ユニット４は、微小気泡生成部１０と、基板保持部１１と、ノズル操作部１２と、ダウンフロー用のフィルタ付きファン１３と、カップ１４と、ノズル１５と、処理室１６と、制御部２０を有する。
【００２０】
図２に示す基板保持部１１は、円板のベース部材１７と、回転軸１８と、モータ１９を有しており、ベース部材１７の上には基板Ｗが着脱可能に固定される。処理室１６内には、カップ１４とノズル１５とベース部材１７とモータ１９の回転軸１８が収容されている。回転軸１８の先端部にはベース部材１７が固定されている。モータ１９が制御部２０の指令により動作することで、ベース部材１７はＲ方向に連続回転することができる。
【００２１】
図２に示すノズル１５は基板Ｗの上部に配置されており、制御部２０の指令により操作部１２が動作すると、ノズル１５はＺ方向（上下方向）とＸ方向（基板Ｗの半径方向）に移動して、微小気泡を含む液体Ｌを基板Ｗに吐出すことができる。
【００２２】
図２に示す微小気泡生成部１０は、微小気泡生成ユニット３０と、気体供給部３２と、液体供給部３４を有している。微小気泡生成ユニット３０は、配管３１Ｂとバルブ３１を介して気体供給部３２に接続されている。微小気泡生成ユニット３０は、配管３３Ｂとバルブ３３を介して液体供給部３４に接続されている。さらに、微小気泡生成ユニット３０は、配管４１とバルブ４３を介してノズル１５に対して接続されている。気体供給部３２は、気体の一例である窒素ガスを供給する。液体供給部３４は、液体の一例である純水を供給する。バルブ３１，３３，４３は、制御部２０の指令により開閉量が制御される。
【００２３】
図２に示す微小気泡生成ユニット３０は、気体供給部３２から供給された窒素ガスを例えば多孔質フィルタに通すことで多数の微小気泡を生成して、液体供給部３４から供給された純水に通すことで、生成された多数の微小気泡を純水中に含ませる。多数の微小気泡は、好ましくはナノバブルＮＢであり、微小気泡を含む液体ＬはナノバブルＮＢを含む液体であって、ナノバブル水ともいう。この微小気泡を含む液体Ｌは、ナノバブルＮＢを含ませる際に、飽和状態までガス溶解させてある液体である。
【００２４】
これにより、微小気泡生成ユニット３０は、多数の微小気泡を含む液体Ｌを生成して配管４１を介してノズル１５側に供給して、ノズル１５は微小気泡を含む液体Ｌを基板Ｗの表面に対して吐出すことができる。
【００２５】
図２に示すように、処理ユニット４は、さらに加熱手段５０を有している。この加熱手段５０は、加熱媒体吐出ノズル５１と、加熱媒体貯蔵部５２と、配管５３と、バルブ５４を有する、バルブ５４は、制御部２０の指令により開閉量が制御される。
【００２６】
図３は、加熱手段５０を拡大して示している。
【００２７】
図２と図３に示す加熱手段５０では、加熱媒体吐出ノズル５１と加熱媒体貯蔵部５２が配管５３とバルブ５４を介して接続されており、加熱媒体貯蔵部５２内には、加熱媒体として例えば過熱水蒸気もしくは温水５５が貯蔵されている。図３に示すように加熱媒体吐出ノズル５１は、基板Ｗの表面に対して角度θで斜めに向けて配置されている。ノズル１５は、基板Ｗに対して垂直に配置されている。
【００２８】
これにより、バルブ５４を開けることで、過熱水蒸気もしくは温水５５は、加熱媒体吐出ノズル５１を介して、ノズル１５から吐出した微小気泡を含む液体Ｌの下部に向けて噴射される。このため、ノズル１５からの微小気泡を含む液体Ｌが基板Ｗに到達する際に、加熱媒体吐出ノズル５１は過熱水蒸気もしくは温水５５をノズル１５からの微小気泡を含む純水Ｌに対して混合させて、ナノバブルＮＢである微小気泡を含む液体Ｌの温度を上げることができる。従って、過熱水蒸気もしくは温水５５がナノバブルＮＢである微小気泡を含む液体Ｌを積極的に加温することで、ナノバブルＮＢである微小気泡を含む液体Ｌ中の飽和溶存ガスから気泡を脱離させて破壊させることができるようになっている。
【００２９】
次に、図２と図３を参照して、基板Ｗを洗浄処理する基板処理方法の例を説明する。
【００３０】
図２に示す制御部２０がバルブ３１，３３を開くことにより、窒素ガスのような気体が気体供給部３２から微小気泡生成ユニット３０内に供給されるとともに、純水のような液体が液体供給部３４から微小気泡生成ユニット３０内に供給される。微小気泡生成ユニット３０内では、予め定めた微小気泡密度を有する微小気泡を含む液体Ｌが生成される。
【００３１】
この微小気泡を含む液体Ｌは、配管４１を介してノズル１５に供給される。これにより、微小気泡を含む液体Ｌは、ノズル１５を通じて基板Ｗに吐出すことができる。ナノバブルＮＢである微小気泡を含む液体Ｌを基板Ｗの表面に吐出すことで、ナノバブルＮＢの持つマイナス電位が、プラスにチャージされたパーティクルのような汚染物を包み込んで、この汚染物を微小気泡と共に基板Ｗの表面から除去できる。
【００３２】
ところで、ノズル１５からの微小気泡を含む液体Ｌが基板Ｗに到達する際に、加熱媒体吐出ノズル５１からは、過熱水蒸気もしくは温水５５をノズル１５からの微小気泡を含む純水Ｌに対して混合させて、ナノバブルＮＢである微小気泡を含む液体Ｌの液温を上げ、基板Ｗを加熱することができる。
【００３３】
従って、過熱水蒸気もしくは温水５５がナノバブルＮＢである微小気泡を含む液体Ｌを積極的に加温することで、ナノバブルＮＢである微小気泡を含む液体Ｌ中の飽和溶存ガスから気泡が脱離して破壊させることができる。
【００３４】
このように、微小気泡を含む液体Ｌ中の気体の溶解度が液体温度によって変化することを利用して、飽和溶解状態にある微小気泡を含む液体Ｌをノズル１５から吐出時に加温することで、すでに液体Ｌに存在しているナノバブルＮＢだけを使用するだけではなく、さらに溶解ガスをナノバブルの気泡として放出してバブル化させる。このようにして加熱することで新たにバブル化したナノバブルと、すでに液体Ｌに存在しているナノバブルＮＢを圧壊することで、圧壊によって生じる衝撃力で洗浄効果が出る。このため、すでに液体Ｌに存在しているナノバブルＮＢを利用するだけでなく、加熱することで新たにバブル化したナノバブルを有効利用できる。
【００３５】
次に、本発明の別の実施の形態を図４と図５を参照して説明する。
【００３６】
図４に示す本発明の別の実施の形態では、図２と図３に示す実施の形態とは異なり、加熱手段５０Ｂの加熱媒体吐出ノズル５１は、ノズル１５から基板Ｗに対して供給されようとしている微小気泡を含む液体Ｌに向けて、基板Ｗと例えば平行方向に向けて配置されている。これにより、バルブ５４を開けることで、加熱媒体吐出ノズル５１は、過熱水蒸気もしくは温水５５を、ノズル１５から吐出した直後の微小気泡を含む液体Ｌに向けて噴射する。このため、ノズル１５からの微小気泡を含む液体Ｌが基板Ｗに到達する前に、過熱水蒸気もしくは温水５５をノズル１５からの微小気泡を含む液体Ｌに対して混合させて、ナノバブルＮＢである微小気泡を含む液体Ｌの温度を上げることができる。
【００３７】
また、図５に示す本発明の別の実施の形態では、図２に示す加熱手段５０に代えて、別の加熱手段５０Ｃが配置されている。この加熱手段５０Ｃは、制御部２０に対して電気的に接続されたヒータであり、制御部２０が加熱手段５０Ｃに通電することで、基板Ｗを加熱でき、この基板Ｗの加熱によりノズル１５から基板Ｗ上に吐出した微小気泡を含む液体Ｌに熱を伝えて、微小気泡を含む液体Ｌの温度を上げることができる。ヒータは、基板を加熱することで、基板の熱が微小気泡を含む液体の温度を上げることができ、ヒータを設ければ良いので、加熱手段の構造が簡単になる。
【００３８】
図６は、気体の溶解度が温度により変化する参考例を示している。
【００３９】
図６に示すように、窒素、酸素、二酸化炭素、塩化水素、アンモニアの溶解度は、１ａｔｍの気体が媒体と接していとき、溶媒１ｍｌ中に溶け込む気体の体積(ｍｌ)を、標準状態での体積に変換して表すことが多い。気体の溶解度は、一般に高温になるほど小さくなるが、これは温度が高いと溶媒分子や溶けた気体分子の熱運動が激しいために、気体分子が溶液中から空間に飛び出しやすいからである。
【００４０】
本発明の基板処理装置の実施の形態では、本発明者がナノバブルについて鋭意研究を進めてきている中で、ナノバブル生成過程においてガスは液体中に飽和濃度まで溶解することが判明している。また、バブル生成後の時間経過に伴いナノサイズのバブルは、液体中から脱離を起こすと考えられる。ナノバブルは、溶存ガスとしても溶解して存在し液体の物性を変化させ、基板等の処理対象物の表面改質等の効果を発揮するが、洗浄効果としては、ナノバブルが破裂することで生じる衝撃力によって汚れを落とすことができることである。
【００４１】
そこで、基板Ｗの表面を洗浄処理する場合には、ガスが飽和した状態の微小気泡を含む液体Ｌを基板Ｗの洗浄利用時に加熱して、微小気泡を含む液体Ｌからさらに気泡（ナノバブル）を脱離して破壊させる。各実施形態では、温度によって微小気泡を含む液体Ｌ中のガス溶解度が異なることを利用している。
【００４２】
本発明の基板処理装置は、基板に対して微小気泡を含む液体を供給して基板を処理する基板処理装置であって、気体と液体から微小気泡を含む液体を生成する微小気泡生成部と、微小気泡を含む液体を基板に吐出すノズルと、ノズルから吐出された微小気泡を含む液体の温度を上げる加熱手段と、を備える。これにより、例えばガスが飽和した状態の液体を基板の処理時に瞬時に加熱して微小気泡の脱離を行うことで、簡単な構成でありながら微小気泡を有効に利用して基板の処理を確実に行うことができる。
【００４３】
本発明の基板処理装置では、加熱手段は、ノズルから吐出された微小気泡を含む液体に対して過熱水蒸気または温水を供給する。これにより、微小気泡を含む液体は、過熱水蒸気または温水を混合することで直接温度を上げることができる。
【００４４】
本発明の基板処理装置では、加熱手段は、基板を加熱することでノズルから基板に吐出された微小気泡を含む液体の温度を上げるヒータである。これにより、ヒータは、基板を加熱することで、基板の熱が微小気泡を含む液体の温度を上げることができ、ヒータを設ければ良いだけなので、加熱手段の構造が簡単になる。
【００４５】
本発明の基板処理装置では、微小気泡を含む液体は、ナノバブルを含み、飽和状態までガス溶解されている。これにより、すでに液体内に存在しているナノバブルに加えて加熱により飽和状態になっているガスからさらに多くのナノバブルを発生させて有効に利用できる。
【００４６】
本発明の基板処理方法では、基板に対して微小気泡を含む液体を供給して基板を処理する基板処理方法であって、微小気泡生成部は、気体と液体から微小気泡を含む液体を生成し、ノズルから微小気泡を含む液体を基板に吐出す際に、加熱手段が微小気泡を含む液体の温度を上げることを特徴とする。これにより、ガスが飽和した状態の液体を基板の処理時に瞬時に加熱して微小気泡の脱離を行うことで、簡単な構成でありながら微小気泡を有効に利用して基板の処理を確実に行うことができる。
【００４７】
ところで、本発明では、微小気泡とは、微細気泡あるいはマイクロ・ナノバブルともいい、マイクロバブル（ＭＢ）、マイクロナノバブル（ＭＮＢ）、ナノバブル（ＮＢ）を含む概念である。マイクロバブル（ＭＢ）とは、その発生時に気泡の直径が１μｍ〜１０μｍ程度の微小な気泡のことをいい、マイクロナノバブル（ＭＮＢ）とは、その発生時に気泡の直径が１０μｍ〜十数μｍ程度の微小な気泡のことをいう。さらに、ナノバブル（ＮＢ）とは、数百ｎｍ以下の微小な気泡のことをいう。
【００４８】
本発明は上記実施の形態に限定されない。本発明の上記基板処理装置は、例えば基板Ｗの表面を洗浄処理するのに用いられているが、これに限らず基板の表面の活性化等の改質処理等にも用いることができる。ナノバブルは、溶存ガスとしても溶解して存在し液体の物性を変化させ、基板等の処理対象物の表面改質等の効果を発揮する。しかし、基板の洗浄効果を得るためには、ナノバブルが破裂することで生じる衝撃力によって汚れを落とすことができることが望ましい。
【００４９】
気体としては、窒素ガスに代えてオゾンガスや空気を用いることもできる。液体としては、純水の他に酸性液やアルカリ液を用いることができる。
【００５０】
さらに、本発明の実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、本発明の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１              基板処理装置
４              処理ユニット
１０            微小気泡生成部
１１            基板保持部
１５            ノズル
３２            気体供給部
３４            液体供給部
５０            加熱手段
５１            加熱媒体吐出ノズル
５２            加熱媒体貯蔵部
５３            配管
５４            バルブ
５５            過熱水蒸気もしくは温水
Ｌ              微小気泡を含む液体
ＮＢ            ナノバブル
Ｗ              基板
【図１】
2010165825.tif 000003
【図２】
2010165825.tif 000004
【図３】
2010165825.tif 000005
【図４】
2010165825.tif 000006
【図５】
2010165825.tif 000007
【図６】
2010165825.tif 000008